纳米复合材料研究进展

可生物降解聚乳酸纳米复合材料的研究进展摘要聚乳酸具有良好的机械性能、热塑性、生物相容性和生物降解性等, 广泛应用于可控释材料、生物医用材料、组织工程材料、合成纤维等领域。

将填充剂以纳米尺度分散在聚乳酸基体中形成聚乳酸纳米复合材料, 能显著提高聚乳酸的机械性、气体阻隔性能、热性能及生物降解性能, 受到国内外学者及工业界的广泛关注。

本文针对近年来在聚乳酸纳米复合材料的制备方法、结构表征与性能测试等方面取得的研究成果进行综述, 并对今后的研究方向进行了展望。

关键词聚乳酸; 可生物降解; 纳米复合材料; 蒙脱石; 聚多糖1 引言近年来, 由于大量聚烯烃等来源于石油产品的聚合物被广泛应用于包装材料领域, 它们被使用后很难回收而直接被弃入环境中, 造成很严重的环境污染问题。

现行处理此类固体污染物的方法通常是填埋或焚烧处理, 但是焚烧处理过程中易产生有害气体二次污染环境, 埋处理又会占用大量有限的土地资源, 传统聚烯烃塑料制品化学、生物稳定性强, 填埋后上百年也几乎不会分解, 造成土壤板结、作物减产、填埋地寿命变短等新的环境压力。

以可生物降解的聚合物替代传统石油基聚合物是解决上述环境污染问题的有效途径,聚乳酸被认为是最具开发应用价值的可生物降解聚合物, 它是由乳酸直接缩合或乳酸二聚体丙交酯开环聚合而形成的高分子, 而乳酸主要来源于自然界十分丰富的可再生植物资源如玉米淀粉、甜菜糖等的发酵, 聚乳酸在自然环境中可被水解或微生物降解为无公害的最终产物CO2 和H2O,对其进行堆肥或焚烧处理也不会带来新的环境污染[ 1]。

根据纳米填充剂的种类不同, 可以将其分为聚乳酸2无机纳米复合材料和聚乳酸2有机纳米复合材料两类, 本文针对近年来国内外在两类聚乳酸纳米复合材料的制备方法、结构表征与性能测试等方面取得的研究成果进行综述。

2 聚乳酸2无机纳米复合材料近年来, 将无机增强剂(包括蒙脱石、合成云母、碳纳米管、羟基磷灰石、二氧化硅和碳酸钙等)以纳米尺度分散在聚乳酸基体中形成聚乳酸2无机纳米复合材料, 能显著提高聚乳酸的机械性、气体阻隔性能、热性能及生物降解性能, 受到国内外学者及工业界的广泛关注[ 2]。

纳米复合材料的开展现状及展望纳米材料是物质以纳米构造按一定方式组装成的体系，以下是的一篇探究纳米复合材料开展现状的，供大家阅读参考。

：从纳米技术的角度论述了非金属粘土矿物——蒙脱石制备聚合物基纳米复合材料的开展现状和开展前景，并预测了聚苯乙烯纳米复合材料可能开展的新领域。

纳米是长度单位(Nanometer，nm)，原称“毫微米”，1 nm=10-9 m，即十亿分之一米，一只乒乓球放在地球上就相当于将一纳米直径的小球放在一只乒乓球上。

纳米粒子通常是指尺寸在1 nm～100 nm之间的粒子。

纳米效应为实际应用开拓了广泛的新领域。

利用纳米粒子的熔点低，可采取粉末冶金的新工艺。

调节颗粒的尺寸，可制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。

纳米银与普通银的性质完全不同，普通银为导体，而粒径小于20 nm的纳米银却是绝缘体。

金属铂是银白色金属，俗称白金;而纳米级金属铂是黑色的，俗称为铂黑。

纳米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纤维等粒子假设小到纳米级的范围时，一遇火种极易引起爆炸。

纳米粒子是热力学不稳定系统，易于自发地凝聚以降低其外表能，因此对已制备好的纳米粒子，如果久置那么需设法保护，例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。

纳米材料是物质以纳米构造按一定方式组装成的体系。

它是纳米科技开展的重要根底，也是纳米科技最为重要的研究对象。

纳米技术被公认为21世纪最具有开展前途的科学之一，纳米材料也被人们誉为21世纪最有前途的材料。

由于纳米材料本身所具有的特殊性能，使其能够广泛应用于化工、纺织、军事、医学等各个领域。

本文阐述了蒙脱石/高聚物纳米复合材料的研究进展，并对其开展前景加以展望，期望对其深层次的加工应用有所帮助。

纳米材料有多种分类方式，按其维数可分为：零维的纳米颗粒和原子团簇，一维的纳米线、纳米棒和纳米管，二维的纳米膜、纳米涂层和超晶格等;按化学成分可分为：纳米金属，纳米晶体，纳米陶瓷，纳米玻璃以及纳米高分子等;按材料物性可分为：纳米半导体材料，纳米磁性材料，纳米非线性光学材料，纳米铁磁体材料，纳米超导体材料，以及纳米热电材料等;按应用可分为：纳米电子材料，纳米光电子材料，纳米生物医用材料，纳米敏感材料，以及纳米储能材料等;按照材料的几何形状特征，可以把纳米材料分为：①纳米颗粒与粉体;②碳纳米管与一维纳米线;③纳米带材;④纳米薄膜;⑤中孔材料(如多孔碳、分子筛);⑥纳米构造材料;⑦有机分子材料。

聚乳酸纳米复合材料的研究进展曹　丹,吴林波3,李伯耿,黄　源(浙江大学化工系高分子工程研究所,聚合反应工程国家重点实验室,杭州　310027) 摘要:聚乳酸是一种重要的可生物降解Π吸收高分子材料,广泛地用作可降解塑料、纤维和生物材料,市场前景广阔。

它具有与聚烯烃相当的力学强度和加工性能,但耐热性和抗冲性较差。

为满足各种应用的需要,其热性能、力学性能和气体阻隔性等尚需进一步提高。

通过与无机纳米材料复合的方法,可以明显地提高聚乳酸的性能。

本文介绍了近年来聚乳酸有机2无机纳米复合材料的制备、结构与性能等方面的研究进展,对三者的相互关系进行了评述,并对今后的研究方向进行了展望。

关键词:聚乳酸;纳米复合材料;蒙脱土;二氧化硅;碳纳米管;羟基磷灰石聚乳酸(polylactic acid,P LA)是一种重要的可生物降解高分子材料。

它以玉米或薯类淀粉经发酵制得的乳酸为基本原料、经缩聚反应或其二聚体丙交酯的开环聚合反应而制得,在自然界中可生物降解生成二氧化碳和水[1],因而是一种来自自然界、使用后又回归自然界的环境友好材料,也是近年来研究开发最活跃的可生物降解材料之一[2],广泛地应用于包装材料、纤维、农膜、生物医用材料等领域。

但是,聚乳酸耐热性较差,制约了它的应用,同时,其力学性能和气体阻隔性亦有待于进一步提高,以满足不同应用的要求。

这促使人们对聚乳酸进行改性研究,各种聚乳酸改性方法和材料相继出现,如共混、共聚、纳米复合等。

自1984年R oy[3]首次提出纳米复合材料的概念以来,聚合物基纳米复合材料已得到广泛的研究和应用。

由于纳米粒子具有小尺寸效应、大比表面积、强界面结合效应等特性,使纳米复合材料具有优异的性能。

1997年Ogata[4]首次报道聚乳酸纳米复合材料,发现加入蒙脱土可使聚乳酸的结晶性和杨氏模量提高;之后,聚乳酸纳米复合材料得到了很大的发展,相继出现了聚乳酸Π蒙脱土纳米复合材料、聚乳酸Π羟基磷灰石纳米复合材料、聚乳酸Π纳米二氧化硅复合材料、聚乳酸Π纳米碳管复合材料,纳米复合的方法也从溶液共混法、熔融共混法发展到原位聚合法,其耐热、结晶、力学以及气体阻隔等性能得到显著的提高。

收稿日期:2002-03-03。

作者简介:严满清,女,25岁,在读研究生,主要从事塑料改性及应用开发方面的研究工作。

高分子/无机纳米复合材料的研究进展严满清　王平华(合肥工业大学化工学院高分子科学与工程系,230009) 摘要:详细概述了采用纳米粒子直接填充分散法制备高分子基无机纳米复合材料,对纳米粒子表面处理方法及纳米复合材料的性能及应用进行了介绍。

关键词:　无机纳米粒子　表面处理　纳米复合材料　纳米粒子直接填充分散法 纳米科学与技术是一个跨学科的研究与开发领域,涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米机械学、纳米加工及表征等[1]。

由于纳米科学与技术而制得的纳米材料表现出许多与众不同的特殊性质如光吸收性、高混合性、压缩性等,有着广阔的应用前景[2]。

因此,纳米材料被称为最有前途的材料。

1　纳米材料纳米结构为至少一维尺寸在1～100nm 区域的结构,它包括纳米粒子、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块状和纳米晶等。

纳米粒子,又称超微粒子(ultrafine powders ,简称U FP ),统指1～100nm 的细微颗粒(结晶的或非结晶的)。

纳米粒子既不同于微观原子、分子团簇,又不同于宏观体相材料,是一种介于宏观固体和分子间的亚稳中间态物质。

当粒子尺寸进入纳米数量级(1～100nm )时,由于纳米粒子的表面原子与体相总原子数之比随粒径尺寸的减少而急剧增大,使其显示出强烈的体积效应、量子效应、表面效应和宏观量子隧道效应。

纳米材料指的是纳米结构按一定方式堆积或一定基体中分散形成的宏观材料,包括纳米块状材料和纳米复合材料。

制备纳米材料的方法有:化学气相沉积法、物理气相沉积法、机械合金法、液相化学合成法、超声波辐射法。

从物质的类别来分,可分为金属纳米材料、无机氧化物纳米材料、无机半导体纳米材料和有机小分子和聚合物纳米材料。

纳米材料是一种具有广泛应用潜力的新型材料,纳米材料能全面改善聚合物的综合性能,而且能赋予其奇特的性能,为聚合物的增韧增强改性提供了新的途径[3]。

纳米复合材料的力学性能研究纳米复合材料是由两个或多个不同成分的纳米材料组成的材料，具有许多独特的物理和化学特性。

随着纳米科技的进步，人们对纳米复合材料的力学性能进行了广泛的研究。

本文将分析纳米复合材料的力学性能及其在材料科学和工程领域的应用。

首先，我们来探讨纳米复合材料的力学性能。

纳米复合材料的力学性能可以从强度、硬度、韧性和疲劳寿命等方面进行评估。

研究表明，纳米复合材料的强度和硬度通常比传统材料更高。

这是因为纳米颗粒的尺寸小于传统材料的晶粒尺寸，使得晶界和位错分布更加均匀，从而增强了材料的强度和硬度。

此外，纳米复合材料的韧性也受到了研究者们的关注。

韧性是材料抵抗断裂的能力。

传统材料由于存在缺陷和界面弱点，其韧性往往较低。

而通过控制纳米颗粒的尺寸和分散度，纳米复合材料具有更好的韧性。

纳米颗粒能够吸收和扩散应力，从而延缓裂纹扩展的速度，提高材料的韧性。

另外，纳米复合材料还具有优异的疲劳寿命。

疲劳是材料在经历循环负载后发生断裂的现象。

传统材料通常在很少的循环应力下就会出现疲劳失效，而纳米复合材料能够在高应力水平下保持较长时间的疲劳寿命。

这一特性使得纳米复合材料在航空航天、汽车工业以及结构工程等领域具有广泛的应用前景。

纳米复合材料的力学性能研究不仅仅是为了探索其基本特性，还可以为材料科学和工程领域的应用提供指导。

例如，在纳米电子器件制造中，材料的力学性能是一个重要的考量因素。

通过研究纳米复合材料的力学性能，可以为有效制备高性能的电子器件提供参考。

此外，纳米复合材料的力学性能研究还对于改进材料的设计和制备工艺非常重要。

通过调控纳米粒子的形态、尺寸和分布，可以实现对材料力学性能的精确调控。

例如，通过在金属基体中引入纳米颗粒，可以显著提高纳米复合材料的强度和硬度，从而改善材料的整体性能。

总之，纳米复合材料的力学性能是当前材料科学和工程领域的热门研究方向。

通过深入探索纳米复合材料的力学性能，我们可以更好地理解其基本特性，并为材料的应用和制备提供指导。

专论 综述弹性体,2011 06 25,21(3):70~74CH IN A EL A ST O M ERICS收稿日期:2011-04-19作者简介:李乐凡(1988-),男,广东汕头人,在读本科生,研究方向为高分子材料。

*基金项目:国家自然科学基金资助课题(50773013)**通讯联系人天然橡胶纳米复合材料的研究进展*李乐凡1,李思东2,汪志芬1**(1.海南大学材料与化工学院,海南海口570228;2.广东海洋大学理学院,广东湛江524088)摘 要:综述了天然橡胶纳米复合材料的研究进展,分别介绍了天然橡胶与纳米级二氧化硅、有机蒙脱土、碳酸钙、氧化锌以及碳纳米管等物质组成的复合材料的研究现状。

纳米填料的应用不仅可以改善天然橡胶的性能,而且还赋予橡胶许多新的性质,提高了橡胶产品的性价比。

关键词:天然橡胶;复合材料;纳米复合材料中图分类号:T Q 332.5 文献标识码:A 文章编号:1005 3174(2011)03 0070 05天然橡胶(NR)是一种具有优越综合性能的可再生天然高分子材料,具有高弹性、高强度和耐磨等特点,广泛应用于航空航天、国防军工、轮胎、医用弹性体中,在国民经济建设中占有非常重要的地位。

为了提高NR 的性能,扩大使用范围,通常对其进行化学或物理改性,使用纳米粒子和NR 制成复合材料是其中一种有效的改性方法。

本文就NR 纳米复合材料的研究概况进行了简要的综述。

1 N R /二氧化硅纳米复合材料邱权芳等[1]采用胶乳共混法制备NR/二氧化硅纳米复合材料,红外光谱分析表明,经 -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂(M PS)改性后,纳米二氧化硅表面引入了双键,在引发剂作用下单体甲基丙烯酸甲酯(MM A)成功地接枝在二氧化硅表面的M PS 双键上,天然胶乳通过乳液聚合,橡胶分子链上也接上了聚甲基丙烯酸甲酯(PM MA)。

透射电镜(T EM )分析表明,接枝PMM A 改性的二氧化硅粒子,形成以PM MA 为壳,以SiO 2为核的核-壳结构的粒子,当M MA 与SiO 2质量比为0.3时粒子的分散性最佳,随着M MA 含量的增加分子链相互缠绕,粒子以PM MA 为桥梁而团聚,当M MA 与SiO 2质量比为3时粒径超过100nm,失去了纳米材料的意义。

国外碳纳米管复合材料研究现状碳纳米管自被发现以来，因其独特的结构和优异的性能，成为了材料科学领域的研究热点。

特别是在复合材料领域，碳纳米管的加入为材料性能的提升带来了新的契机。

国外在碳纳米管复合材料的研究方面取得了众多显著的成果，本文将对其进行详细阐述。

一、碳纳米管的特性碳纳米管具有极高的强度和韧性。

其强度可达到钢铁的数十倍，同时具有出色的柔韧性，能够承受较大的变形而不断裂。

此外，碳纳米管还具有优异的电学性能，电导率极高，可与金属相媲美。

良好的热学性能也是其特点之一，热导率高，散热效果好。

这些特性使得碳纳米管在复合材料中具有极大的应用潜力。

二、国外碳纳米管复合材料在不同领域的研究现状1、航空航天领域在航空航天领域，对材料的性能要求极为苛刻。

国外研究人员致力于将碳纳米管复合材料应用于飞机结构件中，以减轻重量并提高强度。

例如，美国的研究团队成功开发出了碳纳米管增强的碳纤维复合材料，用于飞机机翼的制造，不仅减轻了结构重量，还提高了抗疲劳性能和耐腐蚀性。

2、电子领域在电子领域，碳纳米管复合材料可用于制造高性能的电子器件。

日本的科研人员成功制备出了碳纳米管与半导体材料复合的薄膜，用于制造柔性显示屏，具有更高的分辨率和更低的能耗。

此外，碳纳米管复合材料还可用于制造高效的电池电极，提高电池的充放电性能和循环寿命。

3、能源领域能源领域也是碳纳米管复合材料的重要应用方向。

德国的研究小组开发出了碳纳米管与聚合物复合的质子交换膜，用于燃料电池中，提高了燃料电池的功率密度和稳定性。

在太阳能电池方面，国外研究人员将碳纳米管与光伏材料复合，提高了太阳能电池的光电转换效率。

4、生物医学领域在生物医学领域，碳纳米管复合材料具有广阔的应用前景。

美国的科研团队研发出了碳纳米管与生物活性分子复合的材料，用于药物输送和组织工程。

碳纳米管的高比表面积和良好的生物相容性，使得药物能够更有效地负载和释放，促进组织的修复和再生。

三、制备方法1、溶液共混法这是一种较为常见的方法，将碳纳米管和基体材料分散在溶剂中，通过搅拌、超声等手段使其均匀混合，然后去除溶剂得到复合材料。

材料导报2008年8月第22卷专辑Ⅺ核壳结构纳米复合材料的超声合成研究进展方玉堂，刘洪(华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州510640)摘要简要介绍了超声辐射原理及其应用特点；综述了合成核壳结构纳米复合材料的超声方法，包括化学沉积法、声解法、还原法、分散法、电镀法和水解法，对它们的作用原理及应用展望进行了讨论。

关键词超声辐射核壳结构纳米复合材料中图分类号：0631文献标识码：AR es ea r ch Pr ogr e ss i n Synt hes i s of N anocom pos i t es w i t h C or e-Shel lSt r uc t ur e I ni t i at ed by U l t r asoni c R a di a t i onF A NG Y ut a ng，L I UH ong(K ey Labo r a t or yof En hanced H ea t T r ansf er&Ener g y C ons er vat i on of M i ni st r y of E ducat i on。

Sout h C hi na U n i ve r si t y of Technol o gy，G u angzh ou510640)A bs t ract T he pr i nci pl e and appl i cat i on char act er i s t i c of t he ul t r as oni c r adi at i o n ar e br i ef l y i nt r oduc ed．T he uI—t r aso ni c syn t het i c m et h ods of t he nanoc om pos i t es w i t h cor e-s hel l st r uct ur e，i nc l udi n g chem i ca l pr ec i pi t at i on m et hod，pho t ol ys i s m et hod，re duc t i on m e t hod，di s pe rs i on m e t hod，el ec t r i c pl at i ng m et h od and hydr ol yt i c m et hod ar e s um m a—r i z ed，a nd t hei r act i on pr i nci pl es and appl i c at i on pr osp ec t ar e di s cus s ed．K ey w or ds ul t r a soni c r adi a t i on，c or e-shel l st ruct ur e，na nocom posi t e s0前言具有核壳结构的复合材料，当其尺寸处于纳米范畴时，不仅能展示其纳米效应，而且能克服纳米微粒的团聚或纳米微粒与其它物质发生吸附而带来的不便，因此在材料科学与工程、光电子、信息工程、光催化、化学工程以及生物工程等领域具有非常重要的应用前景。